粘性泥石流龙头形态与阻力模型适用性研究

摘要

泥石流运动阻力是泥石流动力学的核心问题。泥石流内部多种流变类型和应力过程并存,目前各类阻力模型难以准确描述其运动阻力。本文基于原位监测与数值模拟方法,针对宾汉模型、湍屈模型、Voellmy模型、膨胀塑流模型四种不同的阻力模型,分析粘性泥石流龙头形态特征与阻力模型的适用性;基于Euler(时间过程线)和Lagrange(空间过程线)两种视角,将数值计算结果与蒋家沟实测粘性泥石流龙头形态数据进行比较;进一步改变粘性泥石流的密度和底床坡降,分析四种阻力模型计算结果对这两个基本参数的敏感性。结果表明:(1)综合考虑了固液两相混合流屈服摩阻、粘性应力和分散应力的膨胀塑流模型适用于描述粘性泥石流的运动阻力。(2)宾汉模型计算结果与实测数据相差较大,而膨胀塑流模型计算结果并未随密度变化产生差异,但受坡度影响较大,与实测数据较为吻合;湍屈模型、Voellmy模型计算得到的速度几乎不受坡降变化影响,与实际泥石流不符,初步分析可能与湍流阻力项中残留层的计算受坡降影响有关。本文可为泥石流灾害风险评估和防治工程设计过程中的阻力模型选取提供参考。